Синтез системы автоматического управления технологическим процессом производства слабой азотной кислоты

3.Синтез системы автоматического управления технологическим

процессом

3.1.Расчет параметров элементов систем регулирования при использовании локальных АСР и ее моделирование

Рассчитаем параметры локальной системы регулирования температуры в реакторе каталитического окисления. При использовании локальной АСР, объект регулирования представляется в виде:

Рассчитаем ПИ регулятор для данного объекта на основе М_жел=1,16. В результате вычисления получаем следующую локальную АСР:

Реакция на ступенчатое воздействие:

Произведем расчет интегральной ошибки с помощью среды Matlab:

[m,n]=size(q);

dt=1

for i=1:m;

e(i)=q(i)^2*dt;

end

sum(e)=76.95, где q – массив выходных значений системы.

3.2.Расчет параметров элементов систем регулирования при использовании каскадной АСР и ее моделирование

Расчет каскадных систем отличен от одноконтурных, так как в системе появляются не один, а два контура регулирования: внутренний и внешний. В качестве внешнего контура регулирования выбираем канал регулирования температуры, в соответствии с которой задается установка на внутренний регулятор соотношения расхода. В соответствии c установленым соотношением расходов реагентов, поступающих на окисление изменяется как температура внутри реактора, так и доля прореагировавшего аммиака (степень конверсии). Таким образом, получаем замкнутую каскадную систему регулирования процесса каталитического окисления.

Следует также отметить, что, поскольку природа основного и вспомогательного контуров синтезируемой каскадной системы управления различны, отсутствие явных улучшений качества переходного процесса (характерного для типичных каскадных без различия природы контуров регулирования) по сравнению с локальной системой не следует принимать за негативный результат перехода на каскадное регулирование.

Основным и незаменимым преимуществом каскадного регулирования в данном случае является автоматическая коррекция соотношения расходов реагентов (внутреннего контура) в зависимости от возмущения по температурному режиму.

Поскольку инерционность внешнего контура регулирования меньше, расчет начинают с внутреннего контура. Определение настроек регуляторов каскадной системы состоит из двух частей. На первом шаге принимают допущение об отключении внешнего регулятора и рассчитывают настройки внутреннего для соответствующего эквивалентного объекта. На втором шаге определяют коэффициенты передаточной функции внешнего регулятора, полагая, что к эквивалентному объекту относится и рассчитанный внутренний регулятор.

В соответствии с изложенным методом, получим необходимые настройки регуляторов и произведем анализ синтезированной каскадной АСР.

Рассчитанная каскадная система имеет вид:

Переходные характеристики внешнего и внутреннего контура регулирования соответственно:

Внешний контур:

¾  перерегулирование 16%;

¾  время регулирования 250 с.

Внутренний контур:

¾  перерегулирование 22%;

¾  время регулирования 150 с.

Проведем сравнительный анализ локальной и каскадной систем:

¾  Перерегулирование 18%;

¾  Время регулирования:

¾  локальная система 50 с.

¾  каскадная система 250 с.

Для более полного анализа преимуществ и недостатков перехода к каскадному регулированию определим по указанной выше методике интегральную ошибку каскадной системы для дальнейшего сравнения ее соответствующей локальной.

[m,n]=size(q);

dt=1

for i=1:m;

e(i)=q(i)^2*dt;

end

sum(e)=54.95

Таким образом заключаем, что наряду с некоторым уменьшением быстродействия каскадной системы по сравнению с локальной она обеспечивает уменьшение интегральной квадратичной ошибки регулирования на

,что, несомненно, имеет гораздо более важное значение, нежели указанный недостаток. К тому же бал осуществлен уход от ручной задачи установки регулятору соотношения расхода. Все это говорит в пользу более эффективной работы именно каскадной системы регулирования.

В соответствии с заданием курсового проекта произведем моделирование системы при изменении настроек регуляторов на 10% от рассчитанных.

Сравнение по внешнему контуру регулирования:

Интегральная ошибка составит:

ε1=54.95;

ε2=55.01

Сравнение по внутреннему контуру регулирования:

Интегральная ошибка составит:

ε1=93.0338;

ε2=98.6093.